外界因素对操船的影响介绍

2.风力转船力矩
风力转船力矩与风力有相类似的表达形 式，即：
Na
9.81 2
a
CNa
(
Aa
cos2
Ba
s in 2
)
2 a
L
式中，Na为风力转船力矩（Nm）；
CNa为风力转船力矩系数；
L为船长；
当已经求得船舶所受的风力、风力作用中 心以及风力角时，风力转船力矩也可按下 式计算。
Na＝Fasin(lG－a) ＝Fasin(L/2－a)
与船舶首尾面的夹角；
W为船舶与水的相对速度（m/s）； L为船舶水线长度（m）；
d为船舶吃水（m）；
在深水中，超大型船舶的纵向附加质量 mx≈0.07m；横向附加质量my≈0.75m；附 加惯性矩Jz源自文库1.0m。
船舶所受的风力可用Hughes公式予以
估算：
Fa
9.81 2
a
Ca
( Aa
cos2
Ba
s in 2
)
2 a
式中：
a 为空气密度，为0.125kgsec2/m4； 为相对风舷角；
Ca为风力系数，其值随风舷角以及 船体水线以上受风面 积的形状的变化而变化；
a 为相对风速（m/s）； Aa为水线以上船体正投影面积（m2）； Ba为水线以上船体侧投影面积（m2）； Fa为水线以上船体所受的风力（N）；
1
0.15
90
0.80 1
90
3
90o
风压力角取决于相对风舷角、受风面积以及船 型等因素。一般船舶侧面受风面积远大于正面 受风面积，且在不是顶风或顺风时，横向风压 力系数通常大于纵向风压力系数，因此，风压 力的方向总是较风的来向更接近于正横方向。
风压力角随相对风舷角的变化而变化，当相 对风舷角≈0º或180º时，风压力角≈0º或180º，即 顶风或顺风时不产生横向风压力；当≈90º时， 风压力角≈90º，即横风时不产生纵向风压力； 当风舷角为40º～140º时，风压力角≈80º～ 100º。
心大多比较靠后；船舶压载状态尾倾较大时，受风面积中心 可能位于船中之前，则其风压力中心比较靠前。
3）风力角
风压力Fa与船首尾线的夹角 ，称为风压力角
tg Ya
1 2
acay
Ba
sin
2 a
cay Ba tg
Xa
1 2
acax
Aa
c
os
2 a
cax Aa
式中，Cay为横向风力系数；Cax为纵向风力系数。 岩井聪也给出一个估算式：
船体水上面积形状来看，横向受风面积分布较为均匀的 LNG、VLCC油船，它们的风压系数和较小；而受风面 积较大的客船、集装箱船等的风压系数较大；同一船舶 吃水不同其风压系数也不相同，随着吃水的增大，风压 系数值略有减小。VLCC船舶满载时的风压力矩系数与 其他类型船舶比较，有明显的差别，在=0º~180º范围内 均为负值，这说明，任何方向来风VLCC船首均向上风 偏转。其他船型的风压系数随相对风舷角的变化比较有 规律，且差别不是很大。
对于满载VLCC船舶，当相对风舷角≈135～140º时，其 风压力矩系数最大，说明该方向来风最不易保向。
2）风力作用中 心位置a/Lpp
风压力中心位置是 指受风面积中心沿 纵向的位置，
风力作用中心至船 首的距离a与两柱 间随船风长舷L角pp的的比增值大 近似呈线性增加， 其值大约在0.3～
风力系数Ca随相对风舷角的变化曲线为一马鞍形曲线。当风舷角＝0度
或180度时，风力系数Ca值为最小；当风舷角＝30～40度或140～160度时 风力系数Ca值为最大；当风舷角＝90度左右时，风力系数Ca值较小，但
船舶所受的风力值达到最大。
除VLCC船外，对于同一类船型，风压系数取决于相对 风舷角的大小。当相对风舷角≈0º或180º时，风压系数 最小。顶风和顺风仅对船速有影响，而对横向运动和 转动状态没有影响；当相对风舷角≈30º或160º时，风压 系数为最大，这时风对船速的影响最大，并对横向运 动和转动状态都有影响；当相对风舷角≈50º～60º或 120º～140时，则风不但对船速有影响，且对横向运动 和转动状态影响最大，当相对风舷角≈90º时，这说明 横风对船速没有影响，对横向运动状态影响最大，对 转动状态影响较小。
0.8之间
风压力中心的位置 由岩井聪给出一个估算式
a 0.291 0.0023
Lpp
当由00~1800变化时，a/Lpp在都在0.3~0.8范围之间。 当中附=近90，0左当右即<9船00舶即正从横正风横时前，来风a0时.5，Lpap在，中即心风之压前力；中当心在>船900
时，a中心之后 平吃水时，受风面积中心大多位于船中之后，则其风压力中
式中，lG为船舶重心至船首的距离。
在船舶靠泊中，当船首或船尾处于一端用系 缆固定于泊位时，估算船舶所受的风力转船 力矩则应根据船舶实际受约束状态进行计算。
Na＝Fasina （船首固定时） Na＝Fasin(L－a) （船尾固定时）
另外： l风速变动不明显时，可取平均风速； l强风中，可取1.25倍平均风速； l风暴中，可取1.50倍平均风速。
二、水动力与水动力转船力矩
1）水动力的大小 1. 水动力
当船舶与周围的水存在相对运动时，船舶所受的
水动力FW可用下式估算： 式中，
FW为水动力（N）；
Yw
9.8 2
wCwyVw2
Ld
W为水密度，为104.5kgsec2/m4；
CW为水动力系数，其值随漂角以及船体水下形 状等因素的变化而变化；为漂角，即相对水流
作用于船舶的风压力大小与风速、受风 面积、风舷角以及船型(风压力系数)等因 素有关。风速增加，风压力也增大。在 风速、风向一定的情况下，受风面积越 大，风压力也就越大，例如，船舶压载 状态比满载状态受风面积大；集装箱船 和客船比油船和散货船受风面积大，则 风压力也相应较大。
1）风力系数Ca 船型不同，同一相对风舷角下的风压系数差别较大。从
第三章 外界因素对操船的影响
第一节 风对操船的影响 第二节 流对操船的影响 第三节 受限水域的影响 第四节 船间效应
第一节 风对操船的影响
一、风力和风力转船力矩 二、水动力与水动力转船力矩 三、风致偏转 四、风致漂移 五、强风中操船的可保向界限
1. 风力
船舶水面以上面积(简称受风面积)的风压 总和称为风压力。风压力的作用改变了 船舶的动力学状态，进而改变了船舶的 运动状态。